JPS5833961B2 - スタ−ホイルを用いた回転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鉄道車両用の接点開閉等の各種機能を行う
カムのカム軸制御など、回転軸の回転を回転途中で位置
決め停止させる目的で使用させるスターホイルを用いた
回転制御装置に関する。

従来、例えば鉄道車両の接点開閉用のカム軸制御装置は
、第１図及び第２図に示す如く、カム軸１の中間にスタ
ーホイル２を嵌着し、そのスターホイル２の外周面にロ
ーラ３を常時押し当てた状態で摺接すべく支点４を中心
に揺動可能で且つはね５により押圧したレバー６を介し
て設けた構成であって、カム軸１の一端側に設けた駆動
手段（図示せず）によりカム軸１がスターホイル２と一
体に回転すると、そのスターホイル２の外周面に摺接す
るローラ３が該スターホイル２外周の谷底部にばね５の
押力により押し入り、該スターホイル２の回転を停止し
て、カム軸１を所定の回転角度に位置決め停止する。

これにて該カム軸１の他端に設けたカム７ａ、７ｂ・・
・・・・がカム接触器８のカムローラ９を押したり放し
たりして、接点１０．１１が開閉され、車両の速度及び
加減速度等の電気的制御が自由に行なえるようになる。

ここで、上記カム軸１が正確な位置で停止しないと、カ
ム接触器８の接点１０．１１の開閉が不確実となり、車
両制御上極めて不都合な事になることから、カム軸制御
装置は上述した如くスターホイル２を用い、そのスター
ホイル２の谷底部にローラ３がはね５で押し入った時に
、カム軸１が停止して正確に位置決め制御されるよう構
成されている。

ところが上記従来のカム軸制御装置において、カム軸１
全体の運動を詳細に分析してみると、カム軸１にはかな
り大きな慣性力がある為、スターホイル２の谷底部にロ
ーラ３が押し入った位置でカム軸１は停止できずにその
ま５回転してしまい、ローラ３がスターホイル２の谷底
部を通り過ぎて次の山部の途中迄押し出され、その時点
で該ローラ３の押力でスターホイル２は逆方向に回転し
てローラ３が再度スターホイル１の谷底部で停止できず
に通り過ぎてしまうと云った具合になって、スターホイ
ル２が正逆回転を繰り返し、即ち振動を起し順次その振
幅を減衰して停止するような現象が生じている。

従って、カム軸１を早期に定位置に位置決め停止するこ
とができず、時間的にずれを生じるなど車両制御上問題
を残していた。

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的と
する処は、上述したカム軸の如き回転軸の慣性による振
動を出来るだけ減少して、早期に正しい位置に位置決め
停止することができる回転制御装置を提供することにあ
る。

以下、この発明の一実施例を第３図及び第４図に従い説
明する。

図中２１はカム軸等の回転軸、２２はその回転軸２１の
中間に嵌着されたスターホイル、２３は位置決め停止用
のローラ、２４はローラ２３をスターホイル２１の外周
面に常時押し当てる状態で摺接すべく支持する押圧機構
で、支点２５に基端を枢着して揺動可能に設けたローラ
支持レバー２６と、このレバー２６をスターホイル２２
側に常緒弾圧する圧縮はね２７とからなる。

ここまでは第１図及び第２図のものと略同様の構成であ
り、回転軸２１の回転途中でローラ２３がスターホイル
２２の谷底部に押し入ると、回転軸２１の回転が停止さ
れるようになっている。

こうした回転制御装置において押圧機構２４と組合わせ
て抵抗機構２８が設けられている。

この抵抗機構２８は簡単に云えば押圧機構２４のレバー
２６の往復動に対して適当な抵抗力を与える働きをなす
もので、例えば第４図に示す如く押圧機構２４のばね２
７と同じペースに設けた固定の受け２９と、この受け２
９に対してスライド可能に圧接するスリ板等の摩擦体３
０とから構成され、その摩擦体３０が金具３１を介して
上記押圧機構２４のレバー２６先端に連結されている。

即ち、その金具３１は「形状に折曲されたもので、その
垂下部裏面に突設したフランジ部３１ａをピン３２でも
ってレバー２６の先端部に回動可能に枢着することによ
り取付けられ、その金具３１の水平部上面に摩擦体３０
が取付けられてレバー２６の往復動と一緒に受け２９に
対面した状態で摺動するようになっている。

しかも、その金具３１の垂下部下端方寄りのピン３２よ
り下方に偏位した個所が上記押圧機構２４のばね２７に
押圧され、その抑圧により摩擦体３０が受け２９に対し
て圧接されて適度な摩擦抵抗を生じるようになっている
。

即ち、摩擦体３０を受け２９に圧接させるのに専用のば
ねを用いずに押圧機構２４のばね２７のばね力を利用し
た構成で、この為に押圧機構２４のばね２７は金具３１
を介してレバー２６を押圧するようになっている。

なお、上記回転軸２１は一端にラチェットホイール３３
を有し、別体の駆動軸３４にアーム３５を介して取付け
たラチェット３６と噛合して一方向に間歇的に回転駆動
されるようになっている。

また他端にはカム３７ａ、３７ｂ・・・・・・が嵌着し
て取付けられ、その回転に伴いカム接触器３８のカムロ
ーラ３９を押したり放したりして接点４０゜４１を開閉
するようになっている。

而して、この発明の装置の作動を述べると、駆動軸３４
の回転によりラチェット３６、ラチェットホイール３３
の作用で回転軸２１が所定の停止点直前迄回転送りされ
る。

すると、スターホイル２２とローラ２３の作用で回転軸
２１が更に所定の停止点迄で回転送りされる。

即ち、スターホイル２２の一つの山部を乗り越えて斜面
途中まで来たローラ２３が以降押圧機構２４のばね２７
のばね力により該スターホイル２２の谷底部に押し入ろ
うとすることから、その谷底部にローラ２３が入り込む
までスターホイル２２が回転されるので、回転軸２１も
所定の停止点位置まで回転されること＼なる。

ここで従来の装置では回転軸２１等に慣性があることか
ら、ローラ２３がスターホイル２２の谷底部で止まらず
に通り過ぎて次の山部の斜面途中迄押し出され、逆回転
をスターホイル２２に与えて再び谷底部に戻って通り過
ぎると云ったことを繰返して振動を起すこと＼なるが、
この発明では抑圧機構２４と組合せて抵抗機構２８を備
えていることから、その振動を減少できる。

以下、その抵抗機構２８を用いた時の作動を述べると、
ローラ２３が押圧機構２４のばね力によりスターホイル
２２の山部から谷底部方向へ移動し、更に回転軸２１の
慣性により谷底部を通り過ぎて次の山部力へよし昇る如
く押し出された場合、レバー２６は支点２５を中心に第
４図において左右に往複動し、これに伴い金具３１を介
して摩擦体３０が受け２９に圧接状態で左右にスライド
して摩擦を生じる。

この時の摩擦力を算出すると、まずピン３２を中心にば
ね２７までの距離をａ、摩擦体３０のはり出し距離をｂ
、摩擦体３０の摺動面までの距離をＣとし、同時にばね
２７のばね力をｐとすれば、摩擦体３０の受け２９に対
する押付力Ｆが下記の如く求まる。

この場合ばね２７に押圧されてレバー２６が右方に移転
する時と、ばね２７に抗して左方に移動する時とでは同
じはね２７のばね力を利用していても摩擦体３０の受け
２９への押付力Ｆは異なる。

即ち、レバー２６が右方に移動する場合は、となる。

この為にそれぞれのＦの値に摩擦体３０と受け２９との
間の摩擦係数μを掛けたμＦの力が右方向に動く時と左
方向に動く時の抵抗力で、互に大小異なると共に、右方
向に動く時はばね２７のばね力ｐに抗する方向の力とな
り、左方向に動く時ははね２７のばね力ｐと同方向の力
となることから、ばね２７のばね力ｐと摩擦体３０の抵
抗力μＦとの作用で実際に金具３１を介してレバー２６
即ちローラ２３に働く押力、即ちローラ２３をスターホ
イル２２の山部の斜面から谷底部方向に押動させる時の
押力Ｐ、と、逆にローラ２３が谷底部から離れて次の山
部の斜面によし昇る方向に移動する時に反力として働く
押力Ｐ２とは、と云った式で求められ、ｐ、よりＰ２が
かなり大きくなる。

なお、この際はね２７のばね力ｐは正確にはレバー２６
の支点２５からローラ枢支部とピン３２との距離の比に
より拡大されてローラ２３に伝達されるが、説明の便宜
上ローラ２３に与えら゛れる押圧は上記（６） 、 （
６）の式の表現をそのま５用いる。

ここで、上記押力ｐ１．Ｐ２の関係からスターホイルが
どのように位置決め停止されるかを従来の装置と比較し
ながら第５図を用いて説明すると、まず４２はスターホ
イル、４２ａはその一方の山部の斜面、４２ｂは他方の
山部の斜面、４２ｃは側斜面４２ａ、４２ｂ間の谷底部
、４３はローラ、４５はばねであり、そこで図示の如く
ローラ４３が一方の斜面４２ａ上に押し付けられた状態
で転動し始めて谷底部４３Ｃに押し入ろうとしてスター
ホイル４２を反時計廻り方向に回転し、次にそのスター
ホイル４２等の慣性による回転でローラ４３が谷底部４
２Ｃを通り過ぎて他方の斜面４２ｂ方に押し出される如
く移動する場合のスターホイル４２の位置とその各位置
でのローラ４３によるスターホイル４２の受ける回転ト
ルクとの関係は、従来の装置とこの発明の装置とでは図
示Ｉ、Ｈのような特性でもって表示される。

尚、この場合ローラ４３が斜面４２ａ、４２ｂのそれぞ
れの高位置に上昇するに伴いそのローラ４３にかかる押
力はばね４５のばね常数により漸次大きくなるはずであ
るが、スターホイルの山部の高さ即ち、歯高があまり大
きくないこと、及びはね常数は一般にかなり低い値をと
ることなどから、斜面４２ａ及び４２ｂ上ではその各、
ヒ下全域においてローラ４３にか＼る押力をそれぞれ一
定とし、且つスターホイル４２に与えられる回転トルク
はローラ４３の押付力即ちローラ４３にかかる押力と斜
面４２ａ、４２ｂの傾斜角とにより決まるが、そのロー
ラ４３の押力と近似するのでそのま＼押力でもって１．
ｎに図示する。

しかして第５図中Ｉは従来の装置でのスターホイル４２
の回転トルクの特性であって、ローラ４３が一方の斜面
４２ａに押し付けられた状態に居て、そこから転動して
谷底部４２ｃに押し入って行くと、この従来の装置では
本願の如き摩擦体を用いた抵抗機構を備えていないこと
から、ばね４５のばね力ｐそのものが該ローラ４３に押
力として作用し、これにてスターホイル４２はばね力ｐ
に相当する反時計廻り方向の回転トルク、即ち反時計廻
り方向の回転トルクを十とし時計廻り方向の回転トルク
を−とすれば、＋の回転トルクを受けて回転する。

ここで、カム軸等の回転軸の回転に対してフリクション
などの減衰力が全く無いとすれば、ローラ４３がＨの高
さから谷底部４２Ｃに来る間に、上記はね力ｐと斜面４
２ａの高さＨを掛けた値＋ｐＨと同等の回転エネルギー
がスターホイル４２に蓄積されることから、スターホイ
ルは最高速に加速され、ローラ４３を谷底部４２Ｃに通
過させて、他方の斜面４２ｂ上に押し上げるように回転
し続ける。

その谷底部４２ｃから他方の斜面４２ｂにローラ４３が
押し上げられる時にその反力として該ローラ４３に作用
する押力は、上記一方の斜面４２ａから谷底部４２ｃ方
に押し入る時の押力と同等、即ちばね４５のばね力ｐで
あることから、その時点ではばね力ｐに相当する時計廻
り方向の即ち−の回転トルクがスターホイル４２に与え
られること″＞する。

この−の回転トルクにてスターホイル４２は制動される
が、その−の回転トルクは先の十の回転トルクと方向を
逆にするだけで互に等しいことから、スターホイル４２
の反時計廻り方向の回転が止まるには先の総回転エネル
ギー＋ｐＨに相当する一ｐＨのエネルギーが必要となり
、このためスターホイル４２はローラ４３を他方の斜面
４２ｂのＨの高さに押し上げるまで反時計廻り方向に回
転してしまい、その時点でローラ４３の押力により逆に
時計廻り方向に前回と全く同様に回転され、再び谷底部
４２ｃを高速で通過して一方の斜面４２ａのＨの高さま
で戻ること′＞すり、その運動を繰り返すだけである。

しかしながら、実際には軸受けなどの名所に摩擦力があ
ることから、エネルギーが消費され、ローラ４３が斜面
４２ａ 、４２ｂのＨの高さまで達し得す、徐々にその
往復振動の振幅を小さくして谷底部４２ｃに入り、スタ
ーホイル４２を停止するのである。

これに対して第５図中■に示すこの発明のスターホイル
の回転トルクの特性を示すと、ローラ４３が一方の斜面
４２ａから転動して谷底部４２Ｃ方向に押し入って行く
時、そのローラ４３には従来の装置の如くばね４５のば
ね力ｐがそのま５押力として作用するのでなく、そのば
ね力ｐから第４図に示す抵抗機構２８の摩擦体３０の右
方向に移動する時の抵抗力μＦを減じた（５）の式の値
ｐ −μＦ＝Ｐ１が押力として作用する。

これにてスターホイル４２は押力Ｐ１に相当する反時計
廻り方向の回転トルク、即ち＋の回転トルクを受けて回
転する。

ここで回転軸に向うフリクションなどの減衰力が全く無
いとすれば、ローラ４３が斜面４２ｂのＨの高さから谷
底部４２Ｃまで下る間にスターホイル４２に蓄積される
総回転エネルギーは＋ｐ１Ｈ１即ち十の（ｐ−μＦ）Ｈ
である。

しかして、その十の（ｐ−μ）Ｈの回転エネルギーでも
ってローラ４３を谷底部４２Ｃに通過させて他方の斜面
４２ｂ上に押し上げるように回転し続けたとすると、そ
の谷底部４２Ｃから他方の斜面４２ｂにローラ４３が押
し上げられる時にその反力として該ローラ４３に作用す
る押力は、従来の装置の如くばね４５のばね力ｐがその
まＳ作用するのでなく、そのばね力ｐに抵抗機構２８の
摩擦体３０の左方向に移動する時の抵抗力μＦを加えた
（６）式の値ｐ十μＦ−Ｐ２が押力として作用する。

これにてスターホイル４２は押力Ｐ２に相当する時計方
向の即ち−の回転トルクを受けるようになり、その−の
回転トルクによりスターホイル４２は制動されるが、こ
の時の−の回転トルクは先の十の回転トルクよりかなり
大きくなることから、先の総回転エネルギー十Ｐ１Ｈの
蓄積によるスターホイル４２の反時計廻り方向の回転に
よりローラ４３が他方の斜面４ｂ上に押し上げられる限
界高さＨ′はとなり、ローラ４３の最初の高さＨよりか
なり低く押さえられる。

その時点で他方の斜面４２ｂのＨ′の高さから谷底部４
２ｃ方ヘローラ４３が押し入る如くスターホイル４２を
逆回転される時は、小さな−の回転トルクＰ、でスター
ホイル４２が時計方向に回転され、ローラ４３が谷底部
４２Ｃを通り過ぎて一方の斜面４２ａに押し上げられる
時は大きな十の回転トルクＰ２がスターホイル４２に作
用して時計廻り方向の回転を制動し、前回同様にローラ
４３の上昇限高さＨ“は、 このように回転軸自体に全くフリクション等の減衰力が
作用しないとしても、スターホイル４３の往復振動は抵
抗機構２８の組合せにより高度の減衰作用を受けて短時
間で停止するようになり、しかも実際にの軸受は等の各
所になにがしかの摩擦力があることから、その振動減衰
は更に効果的に表われ、極めて一瞬のうちに正確に位置
決め停止できるようになる。

しかも、この発明の装置では第３図に示す如く回転軸２
１をラチェットホイル３３とラチェット３６とにより一
方向に間歇駆動して、該回転軸２１には池からの制御力
を全くあたえていないことから、ローラ２３にかかる押
力がそのま＼スターホイル２２に作用するので、スター
ホイル２２はこの斜面途中にローラ２３が居るような状
態で停止すると云った不具合を生じる危険が全く無い極
めて信頼性の高い装置となり、これにて回転軸２１が正
確に且つ迅速に位置決め停止され、カム３７ ａ 、３
７ ｂ ｔ・・・がカム接触器３８の接点４０４１を確
実に開閉せしめるようになる。

なお、上記実施例では抵抗機構２６の摩擦体３０を押圧
機構２４のばね２７のばね力を利用して受け２９に圧接
するようにしたが、この発明の装置では摩擦体３０を別
の専用のばねなどで受け２９に圧接するようにしても同
等の効果を得ることが可能である。

また、上記実施例では摩擦力を利用した抵抗機構２８を
組み込んで構成したが、この摩擦力を用いることはロー
ラ２３の移動する速度が極めて低い場合でも有効な抵抗
力をあたえられると云う事から、この発明の目的から考
えて極めて適合した良い特性を有していると云える。

しかし、この様な摩擦力以外にも粘性流体抵抗器の作用
を用いても同様な効果を持たせることが可能である。

第６図及び第７図は上記粘性流体抵抗器５０を前記抵抗
機構２８の変りに用いたこの発明の池の実施例を示すも
ので、回転軸５１．スターホイル５２、ローラ５３、押
圧機構５４、支点５５、レバー５６、ばね５７までは先
の第４図に示す実施例のものと略同じであるが、ばね５
７が直接レバー５６を押圧していると共に、該レバー５
６の先端が延長され、そこに上記粘性流体抵抗器５０の
ピストン５８をピン５９で連結した構成で、そのピスト
ン５８は支点６０に取付けたシリンダー６１内に摺動可
能に密嵌され、そのシリンダー６１内には粘性流体６２
が封入され、その粘性流体６２がシリンダー６１内のピ
ストン５８の前後室に絞り６３を介して流動できるよう
になっている。

この為にレバー５６がローラ５３の動きと一緒に左右に
揺動すると、同時にピストン５８が同時に同方向に移動
し、この時シリンダー６１内の粘性流体６２の絞り６３
を介した流動抵抗がレバー５６に作用し、これにと先の
実施例同様の振動減衰効果を発揮する。

第７図を用いて補足すれば、一方の斜面５２ａから谷底
部５２ｃ方にローラ５３が押し入ろうとしてスターホイ
ル５２を反時計廻り方向に回転する。

この時スターホイル５２に４えられる回転トルクは、は
ね５７のばね常数が低いとして、該はね５７のばね力ｐ
から粘性流体抵抗器５０の抵抗力（ローラ５３の速度Ｖ
と流体６２の粘性係数ρとを掛は合せた値）を減じた値
、即ちｐ−ρ■となる。

次にローラ５３が谷底部５２Ｃを通過して他方の斜面５
２ｂに押し上げられる時にその反力として作用する時計
廻り方向の回転トルクはばね力ｐに粘性流体抵抗力ρ■
を加算した値ｐ＋ρＶとなり、第５図に示した■の特性
と極めて近似した機能を発揮することが出来る。

この発明は以上詳述した如くなしたから、カム軸制御器
のカム軸などの回転軸の回転をスターホイルを用いて位
置決め停止するものにおいて、その停止位置を正確にで
きると共に、その停止直前での振動発生を確実に防止し
て、極めて迅速に短時間で停止することが可能となるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す斜視図、第２図は同従来例の要部
の正面図、第３図はこの発明の一実施例を示す斜視図、
第４図は同実施例の要部正面図、第５図はスターホイル
の斜面とローラとの位置関係による回転トルクの特性を
示す説明図、第６図はこの発明の池の実施例を示す要部
の一部断面した正面図、第７図は同曲の実施例における
スターホイルの斜面とローラとの位置関係による回転ト
ルクの特性を示す説明図である。 １・・・・・・カム軸、２・・・・・・スターホイル、
３・・・・・・ローラ、４・・・・・・支点、５・・・
・・・ばね、６・・・・・ルバー７ａ、７ｂ・・・・・
・カム、８・・・・・・カム接触器、９・・・・・・カ
ムローラ、ｉｏ、１ｉ・・・・・・接点、２１・・・・
・・回転軸、２２・・・・・・スターホイル、２３・・
・・・・ローラ、２４・・・・・・押圧機構、２５・・
・・・・支点、２６・・・・・・レバー、２７・・・・
・・ばね、２８・・・・・・抵抗機構、２９・・・・・
・受け、３０・・・・・・摩擦体、３１・・・・・・金
具、３１ａ・・・・・・フランジ部、３２・・・・・・
ピン、３３・・・・・・ラチェットホイル、３４・・・
・・・駆動軸、３５・・・・・・アーム、３６・・・・
・・ラチェット、３７ａ、３７ｂ・・・・・・カム、３
８・・・・・・カム接触器、３９・・・・・・カムロー
ラ、４０４１・・・・・・接点、ａ・・・・・・ピンか
らばねまでの距離、ｂ・・・・・・ピンから摩擦体のは
り出し距離、Ｃ・、・・・・ピンから摩擦体の摺接面ま
での距離、ｐ・・・・・・ばね力、Ｆ・・・・・・摩擦
体の受けに対する押付力、μ・・・・・・摩擦係数、μ
Ｆ・・・・・・抵抗力、Ｐｌ、 Ｐ２・・・・・・ロー
ラにか＼る押力、４２・・・・・・スターホイル、４２
ａ。 ４２ｂ・・・・・・斜面、４２Ｃ・・・・・・谷底部、
４３・・・・・・ローラ、４５・・・・・・ばね、Ｈ，
Ｈ’、Ｈ“・・・・・・斜面に位置するローラの高さ、
５０・・・・・・粘性流体抵抗器、５１・・・・・・回
転軸、５２・・・・・・スターホイル、５２ａ。 ５２ｂ・・・・・・斜面、５２Ｃ・・・・・・谷底部、
５３・・・・・・ローラ、５４・・・・・・押圧機構、
５５・・・・・・支点、５６・・・・・・レバー、５７
・・・・・・ばね、５Ｂ・・・・・・ピストン、５９・
・・・・・ピン、６０・・・・・・支点、６１・・・・
・・シリンダー、６２・・・・・・粘性流体、６３・・
・・・・絞り、■・・・・・・ローラの速度、ρ・・・
・・・粘度係数、ρ■・・・・・・抵抗力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸に設けたスターホイルに対して押し当てられ
   た状態で摺接すべく設けられたローラが該スターホイル
   の谷底部に押し入ることにより上記回転軸の回転を位置
   決め停止するようにしたものにおいて、ローラをスター
   ホイルに押し当てるための押圧機構と、該押圧機構の往
   復動に対して抵抗力を発生する抵抗機構とを組合せて設
   け、ローラをスターホイルの谷底方向に押動させる時の
   押力よりも該ローラが谷底部から離れる方向に移動する
   時に反力として働く押力が大きくなるように構成したこ
   とを特徴とするスターホイルを用いた回転制御装置。 ２ 抵抗機構を固定の受けと該受けに対してスライド可
   能に圧接する摩擦体とから構成し、その摩擦体を押圧機
   構のローラ支持レバーに取付けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のスターホイルを用いた回転制御
   装置。 ３ 押圧機構のローラ押し当てばねのばね力を利用して
   摩擦体を受けに対し圧接するように構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載のスターホイルを用い
   た回転制御装置 ４ 抵抗機構をピストン及びシリンダーを有する粘性流
   体抵抗器で構成し、そのピストンとシリング−のいずれ
   か一方を定位置に固定し他方を押圧機構のローラ支持レ
   バーに連結したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のスターホイルを用いた回転制御装置。